Endüstriyel Otomasyon 3

T.C.

MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

MEGEP

(MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)

ENDÜSTRİYEL OTOMASYON TEKNOLOJİLERİ

MEKANİZMA TEKNİĞİ-4

Ankara 2007

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;

• Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).

• Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır.

• Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.

• Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşabilirler.

• Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır.

• Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

i

AÇIKLAMALAR ... iii

GİRİŞ ...1

ÖĞRENME FAALİYETİ-1 ...3

1. DÜZLEMSEL MEKANİZMALAR ...3

1.1. Giriş ...3

1.2. Uzuvlar ve Mafsallar ...5

1.3. Serbestlik Derecesi ...6

1.4. Mekanizmada Mafsal Çeşitleri...6

1.5. Kinematik Zincirler ...10

1.6. Mekanizma Çeşitleri...12

1.6.1. Salınım Hareketi Yapan Mekanizmalar ...12

1.6.2. Dört çubuk mekanizması ...12

1.6.3. Grashof Teoremi...16

1.6.3. Hızlı Dönüş Mekanizması...24

1.6.4. Kam ve İzleyici Mekanizması ...25

1.6.5. Düz Dişli-Kremayer Dişli ...26

1.6.6. İleri-Geri Çalışan Mekanizmaları ...26

1.6.7. Kam İndeksleme Mekanizmaları...30

1.6.8. Tersine Hareket Üreten Mekanizmalar ...33

1.6.9. Düz-Çizgi Üreteci Mekanizmalar...35

1.6.10. Kaplinler ...36

1.6.11. Kayıcı Mekanizmalar...37

1.6.12. Durma ve Bekleme Mekanizmaları ...41

1.6.13. Eğri Üreteçleri ...41

1.6.14. Sıkma ve Konumlama Mekanizmaları...42

1.6.15. Doğrusal Hareketlendirici Mekanizmalar ...42

1.7. Ters Kinematik...43

1.8. Mekanizmaların Hareketi...44

UYGULAMA FAALİYETİ ...46

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ...52

ÖĞRENME FAALİYETİ-2 ...54

2. RİJİT CİSİMLERİN KİNEMATİĞİ...54

2.1. Giriş ...54

2.2. Dairesel Hareket ...56

2.2.1. Düzgün Dairesel Hareket ...56

2.2.2. Düzgün Değişen Dairesel Hareket...61

2.3. Mekanizma Problemleri...70

2.4. Hareketin Vektörel İfadesi ...74

UYGULAMA FAALİYETİ ...82

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ...94

ÖĞRENME FAALİYETİ-3 ...95

3. GENEL DÜZLEMSEL HAREKET ...95

3.1. Giriş ...95

3.2. Bağıl Hareket ...96

İÇİNDEKİLER

ii

3.3. Anlık Dönme Merkezi ...110

UYGULAMA FAALİYETİ ...117

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ...120

MODÜL DEĞERLENDİRME...121

CEVAP ANAHTARLARI ...122

MİNİ SÖZLÜK...123

KAYNAKÇA ...124

iii

AÇIKLAMALAR

KOD 523EO0306

ALAN Endüstriyel Otomasyon Teknolojileri

DAL/MESLEK Alan Ortak

MODÜLÜN ADI Mekanizma Tekniği-4

MODÜLÜN TANIMI El aletlerini kullanarak mekanizmaları yapma becerisinin kazandırıldığı öğrenme materyalidir.

SÜRE 40/32

ÖN KOŞUL Mekanizma Tekniği 3 modülünü almış olmak.

YETERLİK Mekanizmalar yapmak.

MODÜLÜN AMACI

Genel Amaç

Gerekli ortam sağlandığında el aletlerini kullanarak kurallara uygun olarak mekanizma yapabileceksiniz.

Amaçlar

1.Standartlara uygun olarak dairesel hareketi doğrusal harekete çeviren düzenekler yapabileceksiniz.

2.Standartlara uygun olarak kayma hareketi yapan mekanizmalar yapabileceksiniz.

3.Standartlara uygun olarak dairesel hareketle güç aktarımı yapabileceksiniz.

EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI

Ortam: Mekanik atölye, bilgisayar laboratuvarı,

Donanım: CNC ve CAM programı, Mekanik atölye takım tezgâhları, eğe, gönye, çekiç, pense, tornavida, mengene, kumpas, markacı boyası, çizecek, pergel, nokta ,açı gönyesi, mihengir, pleyt, çelik cetvel.

ÖLÇME VE

DEĞERLENDİRME

Her faaliyetin sonunda ölçme soruları ile öğrenme düzeyinizi ölçeceksiniz. Araştırmalarla, grup çalışmaları ve bireysel çalışmalarla öğretmen rehberliğinde ölçme ve değerlendirmeyi gerçekleştirebileceksiniz.

AÇIKLAMALAR

iv

1

GİRİŞ

Sevgili Öğrenci,

Bu modülde, fiziğin mekanik koluna ait hesapları gözden geçireceksiniz. Bu hesaplarda maddesel nokta kavramından rijit; yani katı cisim hesaplarına adım atacaksınız.

Çevremizde karşımıza çıkan çeşitli parçalardan oluşan ve bir fonksiyon icra eden tertibatların görev tanımını yapabileceksiniz.

Bu modül üç öğrenme faaliyetinden oluşmaktadır:

1. Düzlemsel Mekanizmalar 2. Dönmenin Kinematiği 3. Genel Düzlemsel Hareket

Öğrenme faaliyetlerinde konu, teorik bilgiden daha çok örnekler üzerinde anlatılmıştır. Her an karşımıza çıkabilecek gerçek dünyadan örnekler, problem çözümünde kullanılmıştır.

Örnekler, çoğunlukla adım adım anlatılmıştır. Bu yöntem problem çözümüne katkı sağlayacaktır. Sorular ve sorunlar karşısında çaresizliğe düşmeden önce sizlere adımlara bölerek üstesinden gelebilme kabiliyeti kazandıracaktır.

Modül içinde türev ve vektörel çarpım konuları problem çözümünü basitleştirdiği için kullanılmıştır. Aynı zamanda öğrencilerin öğrendiği matematik kavramlarını kullanma imkanı da sağlamaktadır. Bu konuların matematik öğretmenleri ile konuşularak konuların müfredat içindeki yerine göre öğrencilere anlatılması ya da hatırlatılması yerinde olacaktır.

GİRİŞ

2

3

ÖĞRENME FAALİYETİ-1

Standartlara uygun olarak dairesel hareketi doğrusal harekete çeviren düzenekler yapabileceksiniz.

Ø Çevrenizde gördüğünüz mekanizmalara örnekler veriniz.

Ø Çocuk oyuncaklarının içlerine bir göz atarak mekanizmaları inceleyiniz;

mümkünse sınıfa getiriniz.

1. DÜZLEMSEL MEKANİZMALAR

1.1. Giriş

Mekanik parçaların bir araya getirilmesiyle belirli görevlerin yerine getirildiğini çevremizde çok sık görmekteyiz.Gündelik hayatta işimizi çok kolaylaştırdığı gibi bir çok teknolojik aygıtın arkasında da hep o mekanik parçalar vardır. İş yapan bu mekanik parçalar zümresine mekanizmalar denir.Bir sonraki konuda olduğu gibi mekanizmalar için daha teknik bir tanımlama yapılabilmesine karşın gündelik hayatımızda mekanizmalar; ”Amaca yönelik iş yapan mekanik parçalardır”.Amaca yönelik işi yorumlarken mekanik parçaların niteliğinden pek bahsedilmez. Örneğin, bir CD’yi yuvasından dışarı çıkarırken o işi yapan mekanik ve elektronik elemanlardan ziyade “CD çıkarma mekanizması”’ndan sözedilir (Şekil 1.1).

Şekil 1.1: CD sürücü

ÖĞRENME FAALİYETİ-1

AMAÇ

ARAŞTIRMA

4

Yine otobüs kapılarının açılması ve kapanması, otomobil krikoları, ayarlı pensler, zayıflama aletleri, araçların cam silecekleri hep mekanizmaların maharetiyle görevini icra etmektedir (Şekil 1.2).

Şekil 1.2 : Mekanizma örnekleri

Mekanizmaları oluşturan tüm mekanik parçalar, geometrisine bağlı olarak hareket eder. Parçalar arasında bir bağlantı vardır.Bu bağlantı sağlanmazsa mekanizmadan beklenen görev tam olarak gerçekleşemez.Örneğin, akordion tipi bir takım çantasında bölmeler arasındaki irtibat çubuklarında bir oransızlık varsa çantanın kapanması ve açılması anındaki paralellik sağlanmaz.

Şekil 1.3 : Takım çantası

Mekanizmaları inceleminin birbirinden farklı iki yönü vardır. Tasarım ve analiz.

Tasarım istenen bir amacı gerçekleştirebilecek şekilde her bir parçaya şekil verilmesi, boyutlandırılması ve malzeme seçimidir. Analiz ise varolan yada önerilen bir tasarımın istenen göreve uygunluğunun araştırılması; yani mekanik ve mukavemet hesaplarının yapılmasıdır. Mekanik hesaplarda hareket ve bu harekete sebep olan kuvvetler incelenir.İlk defa 1775 yılında Euler tarafından yapılan ve bugün de kabul gören tasnif, Şekil 1.4’te görülmektedir.

5

Şekil 1.4 : Mekaniğin sınıflandırılması

• Statik: Cisimlerin sükunet halindeki durumlarını inceler.

• Dinamik: Cisimlerin hareket halindeki davranışını inceler.

• Kinematik: Dinamiğin alt dalıdır. Cisimlerin hareketini, hız ve ivme yönünden inceler.

• Kinetik: Dinamiğin alt dalıdır. Cisimlerin hareketini, o hareketi doğuran kuvvetlere nazara alarak inceler.

Tasarımda ilk adım parça geometrisine karar verme sonrası, kinematiğini anlamaktır.

Mukavemet biliminde ise gelen kuvvetlere karşı makine parçalarının boyutlandırılması incelenir.Günlük hayatımızda karşımıza çıkan mekanizmaları gruplaya ayırmadan önce mekanizmaları anlamada temel teşkil edecek yapı taşlarını inceleyelim.

1.2. Uzuvlar ve Mafsallar

Mekanizmalar hareket tipine bağlı olarak düzlemsel, küresel ve uzaysal olmak üzere üçe ayrılır. Mekanizmanın kinematik yapısı hangi uzvun hangi uzva ne çeşit mafsalla bağlandığı bilgisini sağlar.

Kuvvet uygulandığında her cisim şekil değiştirir. Fakat mühendislik hesaplamalarında cisimlerin, kuvvetlerin etkisi altında şekil değiştirmediği, cisme ait iki nokta arasındaki uzaklığın sabit kaldığı ya da ihmal edilebilir derecede olduğu kabul edilir. Böyle cisimlere rijit cisimler ya da katı cisimler denir. Cismi rijit kabul etmek, mekanizmanın kinematik hesaplarını kolaylaştırır. Buna rağmen ağırlıkça hafif ve hızın yüksek olduğu yerlerde cismin şekil değişiminin olabileceği de gözden uzak tutulmamalıdır.Bu cisimler bizim uygulamalarımızda rijit olarak kabul edilecektir.

Bir makineyi ya da mekanizmayı meydana getiren her bir elemana “uzuv” denir.

Kinematik açıdan aralarında herhangi bir göreceli hareketi olmayan iki ya da daha fazla eleman da bir uzuv olarak kabul edilir. Şekil 1.3’te görülen takım çantasındaki her bir eleman bir uzuvdur. Çünkü birbirlerine göre izafi bir hareketi vardır. Uzuvlar mekanizma ya da makinede çifter bağlanır. Yani tek başına bir değer ifade etmez. Bu iki uzuv arasındaki bağlantıya “mafsal” denir. Mafsallar iki eş uzuv arasındaki göreceli harekete sınırlama

6

getirir. Mafsal tarafından izin verilen bağıl hareketin cinsi, iki mafsal arasındaki temas yüzeyinin biçimiyle alâkalıdır.

Bir uzvun temas yüzeyi bir “eşli eleman” olarak adlandırılır. Böyle iki eleman bir

“kinematik eş” oluşturur. Kinematik eş elemanlarını temas çeşidine göre düşük ve yüksek eşli elemanlar olarak ikiye ayırırız.Elemanlardan biri diğerini çevreliyor ya da örtüyorsa bu

“düşük eşli” adını alır. Mektup kağıdını zarf içine alır. Bu türde elemanlar geometrik olarak birbirini tamamlar ve yüzey temaslıdır. Örneğin, bir yüzey küresel ise diğeri bunu kapsayacak şekilde çukurdur. Öte yandan elemanlar birbirini kapsamıyorsa buna da “yüksek eşli” denir. Çizgisel ya da noktasal olarak birbirleriyle temas ederler.

1.3. Serbestlik Derecesi

Bir mekanizmada uzuvlarının konumunu bulmak için gerekli olan parametredir. Uzuv ve mafsal sayısına göre değişmektedir.Şekil 1.5’te görülen üç çubuktan oluşan mekanizmanın her bir uzvunun konumunu söylemek için çubuklarının boyutunun yanında iki uzuv arasındaki bir açının da bilinmesi gerekir. Bu açıdan yararlanarak uzuvların uç koordinatları bulunabilir. Bu yüzden bu mekanizmanın serbestlik derecesi birdir. Burada hemen belirtmek gerekir ki serbestlik derecesi (burada θ açısı), uzuv boyutlarına bağlı değildir. Yani yukarıda B uzvunun uzunluğu 50 mm yerine 45 mm olsa yine de konumların tayinin için bu açıya gerek vardı. Bu konuya daha sonra tekrar döneceğiz.

Şekil 1.5 : Serbestlik derecesi

1.4. Mekanizmada Mafsal Çeşitleri

Mekanizmalarda iki yüksek ve altı tane düşük eşli bağlantı ya da mafsallar, sık kullanılanır. Bunları kısaca açıklayalım.

Döner mafsal: İki eş eleman birbirine göre bir eksen etrafında döner. Hareketin miktarı mafsal geometrisine göre sınırlandırılır. Sadece tek bir serbestlik derecesine imkan verir. Bu mafsala, menteşe yada pim mafsalı da denir. Mekanizmaların işlevsel şema resimlerinde R harfi ile temsil edilir (Şekil 1.6).

7

Şekil 1.6 : Döner mafsal

Prizmatik Mafsal: İki eş eleman, mafsal geometrisine bağlı olarak belirlenen bir eksen boyunca birbirine göre kayar. Tek bir serbestlik derecesi vardır. P harfi ile temsil edilir (Şekil1.7).

Şekil 1.7 : Prizmatik mafsal

Silindirik Mafsal: Bir eksen etrafında dönme ve bu eksen boyunca bir kaymaya izin verir. Bu yüzden iki serbestlik derecesi vardır. Silindirik mafsal, eksenleri paralel hem prizmatik hem de döner mafsalın seri halde bağlanmasına eştir. C ile gösterilir (Şekil1.8).

Şekil 1.8 : Silindirik mafsal

Helisel Mafsal: Vidalı sistemlerdir. İki eş elemanın bir eksen etrafında dönmesi ve bu dönme sonucunda ilerlemesini sağlar. İlerleme hareketi dönme hareketine bağlı olduğundan helisel mafsal, tek serbestlik derecesine sahiptir. Çünkü dönme olmazsa ilerleme olmaz.H ile gösterilir (Şekil1.9).

8

Şekil 1.9 : Helisel mafsal

Küresel Mafsal: Bir kürenin ekseni etrafında bir elemanın diğerine göre serbestçe dönmesini sağlar. Eş elemanlar arasında bir öteleme ve ilerleme hareketinin olmadığı bir

“bilya-yuva” mafsalıdır. Üç serbestlik derecesi vardır. Kinematik olarak üç tane kesişen döner mafsalın eşitidir. S harfi ile gösterilir (Şekil 1.10).

Şekil 1.10 : Küresel mafsal

Eşli Düzlem: Bir düzlem üzerinde iki öteleme hareketi ve bu düzleme normal bir eksen etrafında bir dönme hareketine izin verir. Bu yüzden üç serbestlik derecesi vardır.

Şekil 1.11: Eşli düzlem

Eş Dişli: Temas eden iki dişin temas noktasında bir dişlinin diğerine göre dönme ve kaymasına imkan verir. Ayrıca her bir dişlinin hareket uzayı, dönme eksenine düşey bir düzlemle sınırlandırılmıştır. İki serbestlik derecesi vardır. G harfi ile gösterilir (Şekil 1.12).

9

Şekil 1.12 : Eş çalışan dişli

Eşli Kam: Kam adı verilen şekilli bir parça üzerinde bir ucun dönmesine ve kaymasına sebebiyet verir. Uç kam şeklini izler. Cp ile gösterilir. Kam ve izleyicinin daima temas halinde olmasını bir yay sağlar. İki serbestlik derecesi vardır (Şekil 1.13).

Şekil 1.13 : Eş çalışan kam

Kamın izleyici ile temas eden yüzeyi amaca uygun olarak şekillendiribilir.

Şekil 1.14 : Çeşitli Kam Yüzeyleri

Bundan başka çok yaygın kullanılan üniversal mafsal, kardan(Cardan) ya da Hooke mafsalı adı verilen karma bir mafsal daha vardır. Kesişen iki döner mafsaldan meydana gelir.

Özellikle eksenler arasında kaçıklık olan millerde hareket iletiminde kullanılır (Şekil 1.14).

10

Şekil 1.14: Cardan kavrama

Döner, prizmatik, silindirik, helisel, küresel ve eşli düzlem mafsalları düşük eşlerdir.

Dişli ve kamlı mafsallar yüksek eşlilerdir. Tablo 1.1’de kinematik mafsalların serbestlik derecelerin ve hareket türlerini özetlemektedir.

Kinematik Eş Timsal Ser. Der. Döner Öteleme

Döner R 1 1 0

Prizmatik P 1 0 1

Silindirik C 2 1 1

Helisel H 1 1 Döner mafsala bağlı

Küresel D 3 3 0

Düzlem E 3 1 2

Eş Dişli G 2 1 1

Eşli Kam Cp 2 1 1

Tablo 1.1: Mafsalların serbestlik dereceleri

1.5. Kinematik Zincirler

Mafsallarla bağlı olan rijit gövde yada uzuvların birbirine bağlanmasıyla kinematik zincirler oluşur. Bir kinematik zincirdeki her bir uzuv sadece bir yol üzerinden tek bir uzva bağlı ise bu zincire “açık-çevrimli zincir” denir. Öte yandan her bir uzuv bir diğer uzva en azından iki farklı yoldan bağlanıyorsa “kapalı-çevrimli zinzir” denir. Bir kinematik zincirin hem açık hem de kapalı zincire sahip olabileceği unutulmamalıdır. Böyle zincirlere de “hibrit ya da karışık zincir” adı verilir.

Kinematik zincirdeki uzuvların biri bir yere yada bağlanırsa bu zincire mekanizma denir. Kurallara bağlı uzva, sabit uzuv denir. Seçilen bir uzva kuvvet uygulanarak kurallara göre hareket ettirilirse, diğer tüm uzuvlar, serbest halde değilde mafsallara bağlı olarak zoraki hareket ederler (Şekil 1.15).

11

Şekil 1.15: Kinematik zincir

Buna göre bir mekanizma hareket ve/veya döndürme momentini(tork) bir uzuvdan diğer uzuva aktaran bir aygıttır. Şekil 1.16’da çeşitli uzuvlardan meydana gelen bir krank- biyel mekanizmasını göstermektedir.Bu mekanizma krankın daimi dönme hareketini pistonun gidip geri hareketine çevirmektedir.

Şekil 1.16: Krank-biyel mekanizması

Bir ya da daha fazla mekanizma, hidrolik-pnömatik ve elektriksel bileşenlerle bir araya getirildiğinde makine adını alır. Makineler, bir enerji türünü bir amaç doğrultusunda faydalı enerjiye çeviren birden fazla mekanizma ve bileşenlerin bir montajıdır.Mekanizmanın sabit ve başlangıç noktası mafsallarla birbirine bağlanmış rijit gövdelerdir.

Makine ile mekanizma arasındaki benzerlikler şöyle sıralanabilir.

Ø Her ikisi de rijit gövdelerden oluşur.

Ø Gövdeler arasındaki göreceli hareketler belirlidir.

İkisi arasındaki farklar ise

Ø Makineler enerjiyi iş yapmak üzere dönüştürmesi ve mekanizmaların böyle bir şeyi yapması zorunlu değildir.

Ø Makineler de birden fazla mekanizma bulunabilir.Mekanizma makinenin sadece bir görevini üstlenir. Bir mekanizma birden fazla makine de kullanılabilir.

12 1.6. Mekanizma Çeşitleri

Mekanizma sabit bir işi güvenle yapar. Bugün yüksek teknolojili birçok makine elektronikle destekli olsa da mekanizmaya ilgi hiçbir zaman azalmamıştır. Oyuncaklarda, takım tezgâhlarında, el aletlerinde hemen hemen her gün karşımıza çıkmaktadır ve çıkmaya da devam edecektir. Çünkü mekanizma da elektronik de birbirini destekler. Örneğin, yazıcıda kağıt alma mekanizması olmadan yazıcıyı kullanmak kümkün değildir.

Mekanizmaları kesin olarak sınıflandırmak mümkün olmamakla beraber belirli görevleri üstlenenleri bir araya toplanabilir.

Aşağıdaki liste, hareket tiplerine göre mekanizmaların fonksiyon listesidir.

a) Salınım Hareketi Yapan Mekanizmalar b) İleri-Geri Çalışan Mekanizmaları c) İndeksleme Mekanizmaları

d) Tersine Hareket Üreten Mekanizmalar e) Düz-Çizgi Üreteci Mekanizmalar f) Kaplinler

g) Kayıcı Mekanizmalar

h) Durma ve Bekleme Mekanizmaları ı) Eğri Üreteçleri

i) Sıkma ve Konumlama Mekanizmaları f) Doğrusal Hareketlendirici Mekanizmalar

1.6.1. Salınım Hareketi Yapan Mekanizmalar

Bu tip mekanizmalar salınım hareketi yapar. Salınım hareketi ileri-geri hareketi yaparken her seferinde aynı yolu takip eder. Duvar saatlerinin sarkacı gibi…

1.6.2. Dört çubuk mekanizması

Dört çubuk mekanizması en sık karşımıza çıkan mekanizmadır. Biri sabit üçü hareketli dört uzuvdan meydana gelir. Uzuvlar arası mafsallanmıştır (Şekil 1.17).

Şekil 1.17: Dört çubuk mekanizması

13

Kendimiz de basitçe bir dört çubuk mekanizması oluşturabiliriz.Kalın kartondan Şekil 1.18’de görülen ölçülerde dört tane şerit keselim ve birer toplu iğne ile birleştirelim. Burada toplu iğne mafsal görevini üstlenmektedir.120mm ölçüsündeki şeridi sabit tutarak 60 mm²lik şeriti sağa sola hareket ettirin.100 mm’lik şeritin salınım hareketi yaptığını göreceksiniz. 80 mm’lik şerit ise burada irtibat görevi üstlenir.

Şekil 1.18: Çubuk ölçüleri

Dört çubuklu mekanizmalarda bir uzuvun sabitliği zorunludur. Elde edilecek harekete göre seçilen bir uzva hareket verilir. Bir mesnede sabitlenen ve hareket boyunca diğerlerine referans olan uzva çerçeve denir. Çerçevenin her bir yanındaki uzuvlara krank yada yan uzuv, karşısındakine de irtibat uzvu yada biyel denir. Şekil 1.19’da sabit uzuv hareketsiz kalmak kaydıyla C mafsalına hareket verilmiştir.

Şekil 1.19: Dört çubuk mekanizmasının hareketi

Uygulamada çerçeve uzuv yerine, krankların yataklanmış haline de rastlanır. Genelde hareket eden üç tane uzuv gözükse de iki yatak arası da bir uzuv sayılır (Şekil 1.20).

14

Şekil 1.20: Yataklanmış dört çubuk

Dört çubuklu mekanizmanın serbestlik derecesi birdir. Şimdi bunun nasıl olduğunu yukarıdaki şekilden yararlanarak görelim.Uzuvlar arası mesafeyi bulmak için mafsallardan birbirine çizgiler çizelim. Eğer θ açısını bilirsek her bir uzvun mafsal noktalarının yerini bilebiliriz (Şekil 1.21).

Şekil 1.21: Serbestlik derecesinin tayini

Serbestlik derecesini tayin için

( )

1

1

j

i i

F λ l j f

=

= − − +

∑

formülü kullanılır. Burada

F: Mekanizmanın serbestlik derecesi

λ : Mekanizma türüne bağlı serbestlik derecesi λ=3 Düzlemsel mekanizmalar için λ=7 Uzaysal mekanizmalar için

l

:

:

:

Dört çubuklu mekanizmanın verilerini bu formüle uygulayalım:

15

l = 4 (4 uzuv)

j = 4 (4 mafsal)

fi =1 (Döner mafsal olduğundan)

1 j

i i

f

∑

⁼

i i

f

∑

F = 1

Düzlemsel mekanizmalar için yukarıdaki formülün pratik şekli olan F=3L-2J-3 formülü de kullanılabilir. L=4 ve J=4, formülde yerine konulursa; F=12-8-3=1 bulunur.

Dört çubuk mekanizması, uzuvların hareket kabiliyetine göre üç bölüme ayrılır.

a) Fonksiyon Üretimi: Çerçeveye bağlı krank uzuvları arasındaki göreceli hareketi arasındaki ilişki. Demiryollarında bir kolla ray yönlerinin değiştirilmesi gibi

b) Yörünge Üretimi: Hareketli uzuvlar üzerindeki noktalar, sabit uzva göre çeşitli eğriler çizecektir. Uygun uzuv boyutları seçimi ile bu eğri belirli aralıklarda bir doğruya, daireye yada başka bir eğriye dönüşebilir.

A mafsalı sabitlendiğinde D uzvu döndürülürse B uzvu Şekil 1.22’de gösterilen salınım hareketini yapar (Şekil 1.23).

Şekil 1.22: Salınım hareketi yapan mekanizma

16

Şekil 1.23: Çerçevesiz salınım hareketi

Şekil 1.24’te, dikiş makinesının iğneye salınım hareketi veren mekanizması görülmektedir. C biyel uzvu, salınım(sarkaç) hareketi yapmaktadır.

Şekil 1.24: Dikiş makineli mekanizması

c) Çubukların uygun konuma getirilmesi ile hareket dönüşümleri sağlanır. Bunlar:

• Sabit ya da değişken açısal hızlarda dönme hareketini dönme hareketine

• Sabit ya da değişken açısal hızlarda dönme hareketini salınım(sarkaç) ya da git-gel hareketine

• Sabit yada değişken açısal hızlarda salınım hareketini salınıma ya da git-gel hareketini yine git-gel hareketine

Dört Çubuk Mekanizması Grashof Teoremi uyarınca hareket eder.

1.6.3. Grashof Teoremi

Bir mekanizmada çubuk boyutlarının birbirine oranı hareket özelliklerini belirlemektedir. Krank diye tabir edilen uzuv, sabit uzva göre tam bir dönme ya da bunun yerine salınım (salıngaç) hareketi yapabilir.

17

Şekil 1.25: Krankın hareketleri

Sabit uzva bağlı uzuvların yaptığı harekete göre dört çubuk mekanizmasının üç değişik hareket tipi ortaya çıkmaktadır. Bunlar:

a) Sabit uzva bağlı iki uzuv da tam dönme yapabilir.Böyle mekanizmalara “çift kranklı” mekamizma denir.

Şekil 1.26: Çift krank mekanizması

En kısa uzuv olan B uzvu, Şekil 1.26’da görüldüğü gibi sabitlenmiştir.A ve C uzuvları kranktır. A ve C krankları sabit bir hızla dönse bile D krankı sabit hızda dönmeyecektir.

b) Sabit uzva bağlı iki uzuv da sadece salınım yapar. Bu tip mekanizmalara “çift manivelalı” denir.

Şekil 1.27: Çift Manivela Sistemi

En kısa uzuv olan B uzvunun karşışındaki D uzvu sabitlenmiştir. A ve C uzuvları manivela(sarkaç yada salıngaç) görevi yapar.

18

Şekil 1.28: Çift manivelanın gemi krenlerinde kullanımı

c)Sabit uzva bağlı kısa uzuv dönerken diğer uzuv salınır. Buna “krank- biyel”

mekanizması denir. Dört çubuklu mekanizmanın özel bir halidir (Şekil 1.28).

Şekil 1.29: Krank biyel mekanizması

Bu mekanizma dairesel hareketi git-gel hareketine dönüştürmek için kullanılır. İleri geri hareket eden C uzvuna biyel, B uzvuna ise krank denir. Dördüncü uzuv, hayalî olarak sonsuz uzunlukludur. Çünkü bir düz bir çizgi üzerinde; yani doğrusaldır. Bunun yerine piston koyulmuştur. Piston hızının nasıl değiştiğine dikkat edelim (Şekil 1.29). Piston bir uçtan başlar ve hızını artırır.Hız sınırının en üst değerine yolunun ortasında bir yerde ulaşır ve zamanla hızı azalmaya başlar. Kursunun sonunda hızı sıfırlanır. Dört çubuk mekanizmasının hareket açısından farklı bu üç tipi, uzuv uzunluklarına bağlıdır.

Mekanizmadaki çubukları şu şekilde adlandıralım.

s: En kısa boyutlu uzvun uzunluğu l: En uzun uzvun uzunluğu

19

Grashof teoremi uzuv boyutlarına bağlı olarak dört çubuk mekanizmasını şu şekilde sınıflar:

a) s + l > p +q şartı sağlanıyorsa yani en uzun uzuv ile en kısa uzvun toplamı diğer iki uzvun toplamından daha kısa ise mekanizma tipini sabit olan uzvun türü belirlemektedir.

Şekil 1.30’da örnek bir mekanizma verilmiştir.

Şekil 1.30: Örnek mekanizma ölçüleri

Burada s=90, l=190, p=170 ve q=120 mm’dir.

190 + 90 < 170 + 120 280 < 290

Görüldüğü gibi şart sağlanıyor. Buna göre;

• En kısa uzuv kranklardan biri yani çerçeveye bağlı uzuvlardan biri ise mekanizma, bir krank biyel mekanizmasıdır.

• En kısa uzuv çerçeve ise mekanizma çift krank mekanizmasıdır.

• En kısa uzuv biyel ise mekanizma, çif manivela mekanizmasıdır.

Bu durum Tablo 1.2’de görülmektedir.

En Kısa Uzuv Tip Çerçeve Çift-Krank

Krank Krank-Biyel

Biyel Çift Manivela Tablo 1.2: Sabit uzva göre mekanizma tipi

b)

c)s + l = p +q ise 1. maddede açıklanmış olan üç durumdan birisi elde edilir. Ancak burada tüm uzuvların tek bir doğru üzerinde olacağı tehlikeli bir durum ortaya çıkacaktır.

Örnek olarak Şekil 1.31’de görülen mekanizmada uzuv toplamları eşitlenmiş(s + l = p +q )

20

ve 90 mm uzunluğundaki uzuv, saat yönünde tersinde döndürülmüştür. Dört uzuvda 180⁰ lik açıda çizgi haline gelmektedir.

Şekil 1.31: Örnek mekanizma ölçüleri

3 numaralı durumun özel bir hali paralelogram mekanizmasıdır. Bu durumda çerçeveye bağlı krank uzuvları birbirine eşittir.

Şekil 1.32: Paralelogram

a uzvu sabitlenmişken b ve d uzuvları daima parallel hareket eder. C uzvu ise daima paralelliğini korur. Bu tertibat bir robot eline (Şekil 1.32) ya da pres makinasına (Şekil 1.33) uygulanabilir. F uzvuna bir baskı tatbik edilirse E uzvu çekilir. Akabinde B ve C uzuvları düz çizgi olur ve D’de büyük bir kuvvet oluşur. Metal takım çantalarında ve kepçelerde de kullanım alanları vardır.

Şekil 1.33:Pres tertibatı

21

Paralelogramın bir uygulaması da pantograftır. Bir noktanın hareketini küçük ya da büyük ölçekli olarak takip etmek için kullanılır. P noktansın hareketi, p^’ noktası tarafından takip edilir. Bunun için a, b, c ve d çubuklarının eşit uzunluklu olması gerekir (Şekil 1.34).

Şekil 1.34: Pantoğraf mekanizması

Pantograf, elektrikli trenlerde de karşımıza çıkmaktadır. “Maşa” olarak tabir edilir.

Elektrik hatlarına bağlanabilmek için lokomotiflerin üzerinde açılır kapanır mekanizma bir pantograf

tır (Şekil 1.35).

Şekil 1.35: Akım toplayıcı

ÖRNEK: A uzvu 60, B uzvu 20, C uzvu 50 ve D uzvunun uzunluğu 45 birim olduğu na göre D uzvunun salınım açısını (θ) hesaplayınız. A uzvu sabit ve B uzvu bir kranktır (P noktası P1 ve P2 noktaları arasında gidip gelmektedir).

22

Çözüm: Bir üçgende tanımlanmış olan cosinus teoremini hatırlayalım.

Salınım açısı θ, θ2 ve θ1 açıları arasında kalan açıdır. Önce θ1 açısını bulalım.

θ1 açısına denk gelen üçgeni mekanizmanın hareket grafiğinden elde edelim.

2 2 2

1

1

30 60 45 2 60 45 cos

900 3600 2025 5400 cos x x x

x θ θ

= + −

= + −

1

(3600 2025) 900 cos θ

2 60 45

x x

1 0 1

cos 0.875

29 θ θ

=

=

θ² açısına denk gelen üçgeni mekanizmanın hareket grafiğinden elde edelim.

23

2 2 2

2

2

70 60 45 2 60 45 cos

4900 3600 2025 5400 cos x x x

x θ

θ

= + −

= + −

2

(3600 2025) 4900 cos θ

2 60 45

x x

2 0 2

cos 0.134

82.3 θ θ

=

=

Salınım açısı:

2 1

0 0

82.3 29 θ θ θ θ

= −

= −

53.3

θ

ÖRNEK: Biyelin (x) yerdeğiştirmesini, r uzunluğu 200[mm], l uzunluğu 1200[mm]

ve (θ)açısı 60°’için hesap ediniz.

4

-

x = x x

x

= + r l

3 1 2

x = + x x

1

1

r.cos cos

r x

θ

θ

x

sin r.sin

r

h h

θ

θ

24 r.sin

sin h

l l

α

θ

2

l .cos

x

α

olduğunu hatırlayarak

2 2

l . 1 sin

x

α

2

2

r.sin . 1

l l

x

^θ

( )

3

r.sin r.cos l . 1

x

θ

l ^θ

( ) ( )

4 3

r.sin

r+ r.cos . 1

- l l

x x x

θ

l ^θ

=

( ^200+1200 ) ( ^200.cos60

) ^{1200. 1 200.sin60} ₁₂₀₀

x

    

  

− + −  

= 112.6

x

mm

1.6.3. Hızlı Dönüş Mekanizması

Şekil 1.36: Hızlı dönüş mekanizması

25

Şekil 1.36’da d uzvu düzgün açısal hızla dönmektedir.1 ve 2 Nu.lı konumlar b ve d uzuvlarının gidebileceği yerleri, 3 ve 4 Nu.lı konumlar ise her iki uzvun aynı hizada oldukları konumları göstermektedir.İleri yönde katedilen mesafe ile geri dönüş açısı dolayısıyla mesafesi birbirinden farklı olduğundan dairesel hareketi gitgel hareketine çevirir.Fakat krank kayıcı mekanizmasından farklı olarak gidiş hızı dönüş hızından farklıdır.Sürücü kolun altındaki kanca kolu oldan sağa götürmek için birkaç derece sürmek zorunda; dönmenin geri kalan kısmı kolu getirmek için kullanılır. Bu oran :

β 180 α

α α

= −

a cos b

α

Kesme be dönüş oranları genelde 2:1 ve 3:1 oranındadır.

Şekil 1.37’de Whitworth hızlı geri dönüş mekanizması görülmektedir. Yarığın altındaki menteşe, kolun soldan sağa dönmesi için çok az bir açıda döner. Geri kalan açıyı da kolu geri döndürmek için kullanır.Bu mekanizmanın daha gelişmiş şekli ilerde görülecek olan ve vargel tezgâhlarında kullanılan kulis tertibatıdır.

Şekil 1.37: Whitworth geri dönüş mekanizması

1.6.4. Kam ve İzleyici Mekanizması

Şekil 1.38’de basitleştirilmiş bir izleyici mekanizması görülmektedir.C kamının dönü şü d çubuğunun sarkaç hareketi yapmasına sebep olacaktır.Burada d çubuğunu kamın yüzeyi ile daima temasta tutacak herhangi bir şey gösterilmemiştir.

26

Şekil 1.38: İzleyici mekanizması

1.6.5. Düz Dişli-Kremayer Dişli

Kranka bağlı olan biyel kolunun dönmesiyle kremayer dişli ileri-geri hareket edecek;

bunun neticesinde büyük dişli de salınım hareketi yapacaktır (Şekil 1.39).

Şekil 1.39: Kremayer-düz dişli mekanizması

1.6.6. İleri-Geri Çalışan Mekanizmaları

Sürekli yön değiştiren doğrusal hareket, endüstri dallarında hidrolik ve pnömatik silindirlerle kullanılıyor olsa da rijit cisimlerle sağlanan hareketler öneminden bir şey kaybetmemiştir.Dört çubuklu mekanizmaların değişik biçimleridir.

1.6.6.1. İskoç Boyunduruğu

İskoç mekanizması, kapalı bir alanda dairesel hareket eden bir kolun hareketini değişken doğrusal harekete; yani harmonik harekete çevirir.Tersi de mümkündür.Bir piston ya da bir mil doğrudan bir çerçevenin içindeki yarık içinde hareket eden kayan parçaya bağlıdır.Kayıcı parça ise dönen diske bir pimle bağlıdır.Kayıcı parça sürgü olarak adlandırılır (Şekil 1.40).

27

Şekil 1.40: İskoç boyunduruğu

Disk döndükçe sürgü çerçeve içinde serbestçe aşağı-yukarı kayabilmekte, çerçeveye bağlı mili ya da milleri sağa-sola hareket ettirerek harmonik hareket yaptırmaktadır.Hareket sağ ya da sola yaklaştığında orta noktaya göre biraz yavaşlamaktadır.

Şekil 1.41: İskoç boyunduruğunun çalışması

İskoç mekanizması, krank mekanizması ile aynı işi yapmasına rağmen; çıkış hareketi tam bir sinüs eğrisidir(Şekil1.41).Daha küçük bir disk ölçüsüne sahip olmasına rağmen daha yüksek döndürme momenti(tork) oluşturmaktadır. Sürgü yönünün değişimi esnasında artan kuvvetler neticesinde pim de ve çerçeve içindeki yarıkta aşınma hızlıdır. Şekil1.42’de bu mekanizmanın kullanım yerlerine örnekler verilmektedir.

28

Şekil 1.42: İskoç boyunduruğunun kullanım yerleri

1.6.6.2. Eksenleri Kaçık Krank Sürgü Mekanizması

Bazen krank ekseni ile sürgü ekseninin farklı olması istenir. Burada geri dönüş hızı, ilerleme hızından çok daha fazladır. Şekil 1.43’te iki farklı mekanizma örneği verilmişitir.

Şekil 1.43: Krank-Sürgü mekanizması

29 1.6.6.3. Kulis Tertibatı

Vargel tezgâhı özellikle çok miktarda talaşın kaldırılacağı düzlemsel yüzeylerde kullanılır. Sabit bağlanan kesici üzerinden ileri-geri giden kesici talaş kaldırır. Kesiciye bu hareketi veren, hızlı geri mekanizması ve eksenleri kaçık krank-sürgü mekanizmasının geliştirilmiş hali olan kulis tertibatıdır.O2 merkezli disk döndükçe, tezgahın üst kısmı(koç) ileri ve geri hareket eder. İleri yöndeki hareket geri yöndeki hareketten daha yavaştır.

Şekil 1.44: Kulis tertibatı

Kulis tertibatının mekanizmalarda geçen şematik resmi şekilde görülmektedir. Şekil 1.45’te ise aynı işi yapan başka bir tasarım, Whitworth hızlı dönüş mekanizmasını göstermek tedir.

Şekil 1.45: Whitworth hızlı dönüş mekanizmasını

30 1.6.7. Kam İndeksleme Mekanizmaları

İndeksleme mekanizması, dönme ya da salınım hareketlerini aralıklarla meydana gelen adımlama hareketine dönüşmektedir. İndeksleme kelime anlamıyla, bir tam dönmeyi, eşit parçalara bölmedir.Sayaçlarda, takım tezgâhlarının indeksleme bölümlerinde ve film ilerletme mekanizmalarında kullanılır.

1.6.7.1. Cenova (Geneva) Mekanizması

Disk dönerken disk üzerinde bulunan pim, haç şeklindeki parça üzerindeki yarığa girer ve dörtte bir döndürür. Pim yarıktan kurtulur ve tekrar diğer yarığa girerek bir çeyrek daha döndürür.

Şekil 1.46: Cenova mekanizması

Disk üzerindeki yarım ay şeklindeki çıkıntı, pim yarıktan çıktıktan sonra haç biçimindeki parçayı yerinde tutar. Pimin yarığa düzgün girebilmesi için kanalların hassas şekillendirilmesi gerekir.Kanal uçlarına belirli bir açıklık verilerek de pimin yarıklara doğrudan çarpması önlenir.Cenova mekanizmasında yarık sayısı n ile gösterilirse, dönme açısı:

360

θ

n

Örneğin 6 yarık için dönme açısı 60⁰’dir. Yani sürücü diskin her bir devri yarıklı diskte altıya bölünmektedir. Sürücünün indeksleme anında dönme açısı ise

2θ

Kalan 240⁰ tabla için sükunet dönemidir.Bu arada bu tablaya bağlı olan iş bitirilmelidir.Şekil 1.47’de dahili ve küresel Cenova mekanizmaları görülmektedir.Mil eksenleri kesişirse küresel mekanizma kullanılır. Fakat bu, talaş kaldırılarak değil de döküm yoluyla elde edilir.

Şekil 1.48’de doğrusal Cenova mekanizmasını, Şekil 1.49 ise kam ile yapılan kesikli hareket üretmeyi göstermektedir.

31

Şekil 1.47: İçten ve küresel cenova mekanizması

Şekil 1.48: Doğrusal cenova mekanizma

Şekil 1.49: Kamlı indeksleme

Cenova mekanizmasında yarık sayısı genelde 4-12 arasındadır. Cenova mekanizmasının bir adı da Malta Haçı’dır.

32 1.6.7.2. Dişli Çarklar

Dişli çarklar da kesikli hareket üretiminde kullanılabilir (Şekil 1.50).

Şekil 1.50: Dişli çarklar

Yine dişli grubuna giren mandal dişliler ayrı bir başlık halinde incelenecektir

1.6.7.3. Mandal Dişliler

Mandal dişli mekanizması çevresine belli bir şekilde diş açılan bir çarktan ve bu çark dönerken çark dişlerini takip eden bir mandaldan meydana gelir.Şekilden de görüleceği gibi çark döndükçe, mandalın ucu dişlerin arasında girmekte ve dişliyi kilitlemektedir.Mandal dişliler sadece bir yönde dönebilirler. Şekilde dönme yönü saat yönünün tersidir (Şekil 1.51).

Şekil 1.51: Mandal dişliler

Bize en yakın mandal dişlisi bisikletlerin arka tekerleğinin göbeğinde bulunan dişlidir.

Pedalı geri çevirdiğimizde, mandal dişlerin yüzeyinde kaymaktadır.Kuyudan kovayla su alınma zamanı içinde, bekleme zaman aralıklarında , çıkrık kolunu bıraktığımızda kovanın

33

kuyunun ağzında beklemesi gerekir. Bunun içinde çıkrığın kilitlenmesi gerekir.Burada en basit çözüm, mandal dişlidir.

Mandal dişliler, sarkaçlı saatlerde de kullanılır. Sarkaç, yarım periyodunda(yarım saniye) soldan sağa, diğer yarım periyodunda da sağdan sola gider. Sarkaç sola doğru ilerlediğinde, sarkacın ucuna bağlı oalan çapanın sol ucu Şekil Şekil 1.52 görüldüğü gibi havaya kalkar. Bu arada bir mandal dişli olan kurtulma dişlisininin dişini serbest bırakır.

Kurtulma dişlisine bağlı olan ağırlık (Bir yay kuvveti ile de olabilir) dişliyi sağa doğru yarım diş; yani yarım periyotluk açı kadar döndürür. Bu arada çapanın sağ ucu, kurtulma dişlisine temas edere frenler. Sarkaç sağ tarafa salındığında ise bu sefer diğer diş temas ederek yarım periyoda ayarlar ve bu şekilde devr-i daim eder.

Şekil 1.52: Sarkaç mekanizması

1.6.8. Tersine Hareket Üreten Mekanizmalar

Bir yönde uygulanan hareketin tersi yönde hareket elde etmek için kullanılır.

Günümüzde daha çok hidrolik ve pnömatik silindirlerle elde edilmesine rağmen rijit cisimlerin hala revaçta olduğu yerler de vardır. Şekil 1.53’te görülen üç çubuk mekanizmasında ortadaki çubuk ekseni etrafında serbest dönebilmektedir. Diğer çubuklardan birine uygulanan kuvvet, diğerini zıt yönde hareket ettirecektir.

Şekil 1.53: Ters Hareket Üreteci

34

Şekil 1.53’te düz dişlinin etrafında iki krmayer dişli vardır. Düz dişli sağa sola döndürüldüğünde kremayerlerden biri bir yönde diğeri zıt yönde doğrusal hareket yapar.

Şekil 1.54: Çift kremayerli dişli çark

Bununla ilgili olarak Bell krankı adı ile bilinen bir mekanizma daha vardır (Şekil 1.54). Yatay hareketi dikey harekete çevirmek için kullanılır. Bunun tersi de mümkündür (Şekil 1.55).

Şekil 1.55: Bell krankı

Eğer dönme ekseni giriş ve çıkış çubuklarına eşit uzaklıktaysa çıkış uzunluğu giriş uzunluğuna eşit olacaktır. Aksi takdirde hareket eşit olmayacaktır (Şekil 1.56).

Şekil 1.56: Bell krankı

Bu mekanizmanın en belirgin kullanım yerlerinden biri, bisikletlerin fren mekanizmasıdır. Bisikletin fren çubuğuna basıldığında fren teli yukarıya çekilir ve fren balatalarını lastik jantına doğru hareket ettirir (Şekil 1.57).

35

Şekil 1.57: Bisiklet freni

Arabaları kaldırmak için kullanılan mekanik krikolar da bu mekanizmanın bir uygulamasıdır (Şekil 1.58)

Şekil 1.58: Mekanik kriko

1.6.9. Düz-Çizgi Üreteci Mekanizmalar

Günümüzde doğrusal hareket üretmek kolay olsa da geçmişte bu hiçte kolay olmamıştır. Şekil 1.59’da görülen düz çizgi üretmek için tasarlanan mekanizma Whitworth tarafından geliştirilmiştir ve James Watt tarafından 1782 yılında buharlı makinelerinde kullanılmıştır.

36

Şekil 1.59: Whitworth düz çizgi üreteci

Bundan başka değişik bilim adamlarının tasarladığı düz çizgi üreteçleri de vardır (Şekil 1.60).

Şekil 1.60: Chebychev düz çizgi üreteci

1.6.10. Kaplinler

Eksenleri paralel, eş, kesişen ve açılı olan millerde hareket iletimi, mekaniksel kaplinlerle yapılır. Kaplinlerin birçok çeşiti vardır. En basit kullanımı iki eş merkezli mil arasında hareket ve güç iletimidir.Miller kesişmesine rağmen aralarında bir açı var ise Hooke ya da Kardan mafsalı ya da kaplini kullanılır.Kardan kavrama olarak adlandırılan eleman yapı itibarıyla bir kaplindir. Sanayide ve otomotivde kullanılmaktadır.İki boyun arasına çatal pimlenmiştir (Şekil 1.61).

37

Şekil 1.61: Hooke mafsalı

Eksenler arasında kaçıklığın olduğu yerlerdde kullanılan bir diğer kaplinde Oldham kaplinidir (Şekil 1.62).

Şekil 1.62: Oldham kaplini

Kaplinlerden başka dişliler, kayış-kasnak sistemleri ve zincir dişliler, miller arasında hareket iletimini tesis eder.

1.6.11. Kayıcı Mekanizmalar

Bir yuva içinde kayan sürgünün hareketi, aynı düzlemde bulunan fakat farklı yönlerdeki başka bir sürgüyü kaydırır (Şekil 1.63).

38

Şekil 1.63: Kayan sürgüler

Başka bir yolu da uzun bir düz dişlinin sürdüğü iki kremayer dişli mekanizmasıdır (Şekil 1.63).

Şekil 1.64: Kremayerli kayan sürgüler

Bu mekanizmanın ilgi çekici bir uygulaması da elips çizmede kullanılmasıdır. Şekil 1.65’te görüldüğü gibi artı şeklinde iki yarığa iki sürgünün prizmatik mafsal oluşturacak şekilde yerleştirilmesiyle elde edilir. Sürgüleri birleştiren kol çevrildikçe yuva içinde birbirine göre 90⁰ açıda kayan kayan sürgüler, kolun elips şeklinde dönmesini sağlayacaktır.

39

Şekil 1.65: Elips çizme sürgüleri Şimdi bu mekanizmanın yolunu inceleyelim (Şekil 1.66).

Şekil 1.66: Elipsin oluşumu

Tutma koluna ait yolunun bir elips olduğu kolayca görülebilir.

sin y

θ

n

40

cos x

=

m

2 2

cos θ

sin θ

1

2 2

2 2

1

x y

m

n

Bu denklem merkezi O olan, uzun ve kısa eksenleri m ve n olan bir elipsi tanımlamaktadır. Kızaklara ait çizgisel hızlar vd ve vb olmak üzere, a kolunun mekanizmayı tutan tablaya göre açısal hızı, Şekil 1.67’yi inceleyiniz.

d b

ac

b d

v v

O O

ω

ve hızlar arasındaki orantı:

d b

b d

v O

v

O

Şekil 1.67: Hız Oranları

Çubuk kullanarak elips çizmeyi deneseydik bir hayli zorlanacağımız muhakkaktı(Şekil 1.68).

Şekil 1.68: Çubuklarla elips çizimi

41 1.6.12. Durma ve Bekleme Mekanizmaları

Çalışma anında bazen durup bir süre bekledikten sonra sonra harekete devam etmesi istenen yerler vardır. Örneğin, içten yanmalı motorlarda valf sistemi gibi… Valf açılacak, bir süre açık kalacak, kapanacak ve bu durum bir süre devam edecek. Böyle bir sistem için en uygun çözüm valf sistemini bir kamın kumanda etmesidir (Şekil 1.69).

Şekil 1.69: Motorların sübap sistemi

1.6.13. Eğri Üreteçleri

Dört çubuklu mekanizma, çubuk boyutlarını ve sabit noktaların yerini ayarlayarak eğriler çiziminde kullanılabilir (Şekil 1.70-1.71).

Şekil 1.70: Eğri üreteci

Şekil 1.71: Eğri üreteci

42 1.6.14. Sıkma ve Konumlama Mekanizmaları

İş parçalrını sıkmak ve konumlamak için vidalı birleştirmeler, kamlı kıskaçlar, manivelalı sistemler kullanılır. Sıkma ve konumlama işi çoğunlukla vida kuvveti ve iki durumlu manivela hareketleri ile sağlanır. Burada önemli nokta, bir kuvvet uygulamak ve bu kuvveti, ilk hareketi veren sebep (Örneğin, elin bir kolu çevirmesi) ortadan kalksa bile muhafaza etmektir (Şekil 1.72).

Şekil 1.72: Sıkma ve konumlama mekanizmaları

1.6.15. Doğrusal Hareketlendirici Mekanizmalar

Dairesel hareketi doğrusal harekete çevirmek için kullanılır. Tezgâh tablalarının hareketini sağlayan mekanizmaları, krikoları içine alır. Burada hareketi veren vida sabit, somun dönerek ileri geri hareket eder. Bazı durumlarda somun sabitken vida ileri geri oynayabilir (Şekil 1.73).

Şekil 1.73: Doğrusal kızaklar

43 1.7. Ters Kinematik

Daha önce de tanımlandığı gibi mekanizma kinematik zincirdeki uzuvlardan birini bir yere sabitleyerek tanımlanır. Kinematik bir zincirdeki farklı uzuvlar sabit uzuv olarak seçildiğinde tüm uzuvlardaki bağıl (göreceli) hareketler değişmez. Buna rağmen sabit uzva göre hareketleri tamamıyla değişebilir. Kinematik zincirin farklı azalarını, sabit uzuv olarak seçme işi ters kinematik ya da kinematik mübadele olarak adlandırılır.

Şekil 1.74’te, önce 1 sonra 2 Nu.lı uzuvlar sabit uzuv olarak seçilmiştir. Buna göre iki farklı hareket şekli elde edilmiştir.

Şekil 1.74: Sabit uzvun değişimi

Ters kinematikle uygulamalarda verilen bir kinematik zincirden yeni birçok mekanizma türetilebilir.Şekil 1.75(a)’da görülen krank-biyel mekanizmasında, sabit uzuv değiştirilerek b-c-d mekanizmaları meydana getirilebilir.

Şekil 1.75: Ters kinematik uygulamaları

44

Şekil 1.76’da görülen tulumba, Şekil 1.75(b)’nin bir uygulamasıdır.

Şekil 1.76: Tulumba

1.8. Mekanizmaların Hareketi

Rijit bir cisim anlık olarak konumunu ve yönünü değiştiriyorsa hareket halinde olduğu kabul edilir. Konum değişimi kendisine bağlı ya da yakınında bulunan başka bir cisme yada parçaya göre belirleneceğinden, göreceli bir ölçmedir. Mekanizmaların kinematiği ise mekanizma ya da makineleri meydana getiren uzuvlar arasındaki bu göreceli hareketin incelenmesidir. Bu incelemede harekete sebep olan unsurlar ve kütlesel atelet momentleri ihmal edilir. Bu konu, “Makine Dinamiği” bilim dalının konusudur. Kütle veya dış kuvvetler sebebi ile uzuvlarda oluşan kuvvetlerin büyüklükleri, mukavemet analizlerine yardımcı olur.

Mekanizmalar hareket kabiliyetlerine bağlı olarak üç tip harekete maruz kalır.

Ø Düzlemsel Hareket Ø Küresel Hareket Ø Uzaysal Hareket

Düzlemsel Hareket: Rijit gövdedeki tüm parçacıklar birbirine paralel düzlemlerle sınırlıdır.Düzlemsel hareket yapan bir mekanizmada, uzuvları meydana getiren tüm noktaların konumları, bir düzlem içinde çizilebilir.Düzlemsel mekanizmalarda prizmatik ve döner mafsallar kullanılır. Döner mafsalın ekseni hareket düzlemine paralel, prizmatik mafsalın ötelenme yönü ise hareket düzlemine dik olmak zorundadır.

Küresel Hareket: Rijit gövdedeki tüm noktaların hareketi bir kürenin yüzeyi ile sınırlandırılmışsa bu, küresel bir harekettir. Küresel harekette cismin bir noktası sabit kalır.

Bu hareketi yapan mekanizmalara, küresel mekanizmalar denir. Küresel mekanizmalarda hareketli tüm uzuvlar, ortak olan sabit bir nokta yada merkez etrafında eşmerkezli hareketler yapar.Sabit noktaya göre küre merkezi denir. Tüm mafsal eksenleri ortak bir noktada kesişir (Şekil 1.77).

45

Şekil 1.77: Küresel yörünge

Döner mafsallar, küresel mekanizma inşasına izin veren tek düşük eşli mafsaldır.

Şekil 1.78, üniversal mafsal olarak bilinen dört çubuklu küresel bir mekanizmayı göstermektedir. Şekil 1.61’de görülen Hooke mafsalı ile aynı işi yapar. Üniversal mafsal, eksenleri farklı açılarda kesişen miller arasında hareket nakleder. Miller arasında açı farklılığından dolayı giriş mili ile çıkış mili arasında hız farklılığı vardır. Arka tekerlekten çekişli araçlarda, bu hız farklılığını gidermek için iki üniversal mafsalı, dişli kutusu ile diferansiyel arasına seri bağlanır.

Şekil 1.78: Üniversal mafsal

Dört döner mafsal, ortak “O” noktasında kesişir. 1 Nu.lı uzuv sabittir. 2 Nu.lı uzuv giriş, 3 Nu.lı uzuv bağlantı ve 4 Nu.lı uzuv çıkış elemanı, yani hareketin aktarıldığı mildir.

Bu 4 çubuğun boyutları, mafsal eksenleri arasındaki açılara göre tayin edilir. 3. uzuvdaki tüm noktalar sabit “O” noktasını merkez alan küresel yüzeyler üzerinde hareket eder. 2.

uzuv sabit eksen etrafında hareket eder. Üzerindeki herhangi bir noktanın yolu, dönme eksenine dik bir çember üzerindedir. Dönme ekseni “O” noktasından geçtiğinden 2.

uzuvdaki noktaların “O” merkez noktalı küre üzerinde hareket ettiğini düşünürüz. Benzer şekilde 4. uzuv da küresel alanda hareket eder. Böylece tüm uzuvlar küresel hareketi haizdir.

Uzaysal Hareket: Bir cismin hareketi ne düzlemsel ne de küresel ise buna uzaysal hareket denir. Bu mekanizmalara özgü doğrudan bir hareket yoktur. Buna rağmen uzaysal mekanizmalarda biri diğerine paralel olmayan, düzlemsel hareket yapan birkaç uzuv bulunabilir.Küresel ve düzlemsel mekanizmalar uzaysal mekanizmaların özel halleri olarak düşünülür. Kendi mafsal eksenlerinin yönünde özel geometrilerinin bir sonucu olarak oluşur.

46 UYGULAMA FAALİYETİ

Aşağıda komple ve detay resimleri verilen dört kollu mekanizmayı imal ediniz.

Öğrencilerin gruplar oluşturarak çalışmaları önerilir.

UYGULAMA FAALİYETİ

47

48

49

50

51

52 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

A. OBJEKTİF TESTLER (ÖLÇME SORULARI)

Aşağıdaki soruları cevaplayarak bu faaliyette kazandığınız bilgileri ölçünüz.

1. Uzuvların hareket kabiliyetine göre aşağıdakilerden hangisi dört çubuk mekanizmasının görevlerinden değildir?

A) Fonksiyon Üretimi B) Yörünge Üretimi C) İvmelendirme D) Hareket Dönüşümü

2. Cisimlerin hareketini, hız ve ivme yönünden inceleyen bilim dalı aşağıdakilerden hangisidir?

A) Kinematik B) Statik C) Kinetik

D) Transport Tekniği

3. Kuvvet uygulandığında şeklini değiştirmediği kabul edilen cisimlere ne ad verilir?

A) Sünek Cisim B) Rijit Cisim C) Gevrek Cisim D) Sert Cisim

4. Aşağıdakilerden hangisi dört çubuk mekanizmasının kullanım alanlarından değildir?

A) Kepçeler B) Takım Çantaları C) Pantoğraf D) Otobüs Kapılarında

5. Kulis tertibatı da denilen hızlı geri dönüş mekanizması hangi takım tezgahında kullanılmaktadır?

A) Torna Tezgâhı B) Vargel Tezgâhı C) Freze Tezgâhı D) Planya Tezgâhı

DEĞERLENDİRME

Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Doğru cevap sayınızı belirleyerek kendinizi değerlendiriniz. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt yaşadığınız sorularla ilgili konuları faaliyete dönerek tekrar inceleyiniz.

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME

53

Aşağıdaki soruları cevaplayarak bu faaliyette kazandığınız bilgileri ölçünüz.

1. Aşağıdaki çubuk mekanizmalarına ait boşlukları doldurunuz.

2. Bir kartona çizilmiş kafa resminin, bir kola basılında yukarı, kol bırakılınca aşağı hareket etmesi isteniyor. Mekanizma bir kutu içine yerleştirilecektir. Bu mekanizmayı resim üzerine çizerek nasıl çalıştığını açıklayınız.

3. Şekildeki oyuncak ördek, bir iple çekilmektedir. Ördek ilerledikçe kanatlarının aşağı yukarı hareket etmesi istenmektedir. Tekerleklerden kanatlara nasıl bir mekanizma ile bu hareketi aktarabiliriz?

54

ÖĞRENME FAALİYETİ-2

Standartlara uygun olarak kayma hareketi yapan mekanizmalar yapabileceksiniz.

Ø Bu öğrenme faaliyetinden önce fizik dersinden öğrendiğiniz dairesel hareket, matematikten türev formüllerini ve birim vektör kavramlarını gözden geçirmelisiniz.

2. RİJİT CİSİMLERİN KİNEMATİĞİ

2.1. Giriş

Rijit cisimlerin hareketine düzlemsel hareket denir. Düzlemsel harekettte, cismin bütün noktaları ya da parçacıkları sabit bir düzlemden eşit uzaklıkta bulunan yörüngeler boyunca hareket eder. Düzlemsel hareket:

Ø Öteleme

Ø Sabit bir eksen etrafında dönme Ø Genel düzlemsel hareket olmak üzere üçe ayrılır.

Öteleme: Bir cismin herhangi bir noktası, hareketi sırasında doğrultusunu muhafaza eder.Ötelenmede cismin her noktası paralel yörüngeler üzerinde hareket eder. Bu yörüngeler bir doğru parçası ise harekete doğrusal öteleme(Şekil 2.1 a), bu yörüngeler bir eğri ise eğrisel öteleme denir (Şekil 2.1 b). Ötelemede cismin bütün noktalarının hız ve ivmeleri eşit olur.

Doğrusal ötelemede noktalaların hız ve ivmelerinin şiddetleri ile doğrultuları aynı kalmakla birlikte eğrisel ötelemede her lahza değişir.

Dönme: Rijit cismi meydana getiren noktalar, sabit bir nokta (Şekil 2.1 c) yada sabit bir eksen etrafında (Şekil 2.1 d) döner. Eksen etrafında dönmede, sabit eksen merkez olmak üzere birbirine paralel düzlemler üzerinde bulunan daireler üzerinde, cismin noktaları devinirler. Sabit nokta etrafında dönmede ise bütün maddesel noktalar, eş merkezli daireler üzerinde hareket eder.

ÖĞRENME FAALİYETİ-2

AMAÇ

ARAŞTIRMA

55

Genel Düzlemsel Hareket: Öteleme ve dönme hareketinin birleşimidir (Şekil 2.1 e).

Yuvarlanan bir kalemin hareketi yada duvara yaslanan bir kalasın, zeminde sürtünmenin az olmasından dolayı serbestçe aşağı doğru kayması genel düzlemsel hareketin örnekleridir.

Şekil 2.1: Kinematik hareketler

56

Maddesel nokta deyimi, mekanikte küçük zerreleri kasdetmemektedir.Daha çok, çeşitli büyü klükte olan cisimlerin (Uçak, tren, sansar…) hareketini, onun büyüklüğünü dikkate almadan inceleneceğini ifade etmektedir.Onları bir bütün olarak ele aldığımızı ve kendi ağırlık merkezleri etrafında dönmediği kabul edilir.

2.2. Dairesel Hareket

Günlük hayatta öteleme yada doğrusal hareket kadar sık karşılaştığımız hareket türü de dönme hareketi, yan, dairesel harekettir. Dişli çarklar, pervaneler, tekerlekler çok sık karşımıza çıkan örneklerdir.

Rijit cismi meydana getiren her bir nokta, sabit bir eksen etrafında döner.Dönme anında da parçanın hızı sabit kalıyorsa yapılan hareket düzgün dairesel hareket, değişken ise düzgün değişen dairesel hareket adını alır. Mekanizmalarda her iki türle karşılaşılır.

Şekil 2.2: Dönme hareketi

2.2.1. Düzgün Dairesel Hareket

Dairesel hareketle doğrusal hareket arasında birebir ilişki vardır. Açısal yerdeğiştirme- doğrusal yerdeğiştirme, açısal hız-doğrusal hız, açısal ivme-doğrusal ivme gibi…

Açısal Konum (θ−theta): Bir açıyı ölçmek için iki düz çizgiye ihtiyaç vardır. Dairesel harekette, bu çizgilerden biri, sabit ekseni, diğeri dönen cismin üzerinden geçen çizgidir (Şekil 2.3).

Şekil 2.3: Açısal konum

57

Kolaylık olması açısından sabit eksen kartezyen koordinatın x ekseni ile çakıştırılır.

Sabit eksen ile maddesel noktayı temsil eden P noktasının dönüşünü temsil eden OP çizgisi arasındaki açı, noktanın açısal yerdeğiştirmesidir (θ). Bu açı tek başına noktanın konumunu tarife yeterli değildir. Noktanın hareket ettiği çemberin yarıçapı da bilinmesi gerekir.

Geometriden

r

θ

s

s= θr [2.2]

Burada s, θ açısının karşısındaki yay uzunluğu, r ise dairenin yarıçapıdır.Açı değeri, boyutsu z olan radyan cinsinden ölçülür. Bir tam dönme 2π radyandır. Derece karşılığı 360⁰ dir.

Örnek: 90⁰ ‘nin radyan ve dönme sayısı olarak karşılığını bulalım.

{ }

0 0

0

=90 90 2

360 2

π π

θ → = radyan

{ }

0 0

0

1 1

=90 90

360 4

θ → = tur

Açısal Yerdeğiştirme (∆θ): Dönmenin iki farklı anı arasındaki açısal konumlar arasındaki farktır (Şekil 2.4).

Δθ=θ

−θ

Şekil 2.4: Açısal yer değişim

Periyot (T): Cismin yörüngesine bir devir yapması için geçen süreye periyot(T), bir saniyedeki dönme sayısına ise frekans (f) denir. Frekans ile periyot arasında

T 1

=

f

bağıntısı vardır.

58

Açısal Hız

(ω-omega):

Şekil 2.5, açısal hızı geometrik olarak göstermketedir. Her bir daire kesmesi 45 derece ya da π/4 radyandır. Daire kesmelerinin katedilme süreleri açısal hızdır. Maddesel noktanın dakikada dönme sayısına n dersek, açısal hız:

[rad/s] = 2

60 30

n n

π π

ω

olur.

Şekil 2.5: Açısal hız

Burada açısal hızın birimi devir/dakika cinsinden verilmiştir. Teknik olarak söylersek açısal yer değiştirmenin zaman aralığına bölümüdür ve birimi rad/s’dir. [rad/s], bir maddesel noktanın 1m yarıçapındaki daire üzerinde 1 saniyede aldığı yol olarak tarif edilir.

)

ω= Δθ (açıdaki değişim)(

Δt zamandaki değişim

[2.6]

Bu oran, hareketin başlangıcı ve sonundaki hızlardan elde edilen ortalama açısal hızdır. Bir de anlık hız vardır. Hareket esnasında herhangi bir anda açısal hızı ölçer. Bu formül:

d dt

ω

θ

dir.. Cisim bir tam dönme yaptığında 2π radyanlık açı tarar. O halde 1 saniyede taranan açı

2 2 f

T

ω

π

π olur.